基于自适应观测器的复杂网络故障诊断与隔离

摘要

随着科学技术的快速发展，人与人，事物与事物之间的联系越来越密切。现实生活中很多系统可以用复杂网络来描述，比如电力系统、交通系统和生物系统等等。在这些大型系统中一旦有故障发生，将会给生活造成极大的影响，甚至是破坏性的影响。所以，对于复杂网络的故障诊断与隔离研究工作成为近些年来复杂网络研究领域的一个重要课题。本文主要是基于状态观测器设计了复杂网络故障诊断与故障隔离方法，故障诊断与隔离的阈值与网络的不确定性相关，具有自适应性。这对复杂网络故障诊断与隔离具有深远意义。主要研究内容如下： 一、针对一类带有不确定性的复杂网络，研究节点存在故障时，故障诊断与隔离观测器设计。首先，设计复杂网络故障诊断观测器，并求得用于故障诊断的阈值函数。为了抵消不确定性对阈值的影响，提出了依赖于不确定性的阈值函数的构造方法。随后，设计了故障隔离观测器和其相对应的故障隔离自适应阈值函数，实现了复杂网络的故障隔离。最后，通过数值仿真验证了方法的准确性。 二、针对一类带有不确定性的复杂网络，研究节点的连接故障和传感器故障时，故障诊断与隔离观测器设计。先对整个复杂网络进行故障诊断研究，设计了故障诊断观测器和基于不确定性的故障诊断自适应阈值函数，实现了复杂网络故障诊断。随之，对发生故障的复杂网络进行故障隔离，设计了连接故障隔离观测器和传感器故障隔离观测器，并求得了其相对应的阈值函数，实现了复杂网络故障隔离。最后，通过MATLAB仿真验证了方法的准确性。 三、针对带有控制器的复杂网络，研究网络中存在多重故障时，如执行器故障、连接故障等，故障诊断与隔离观测器设计。基于观测器知识，设计了复杂网络故障诊断观测器，通过比较故障诊断观测器获取网络节点的输出残差和自适应阈值函数之间的关系来判断网络中是否有故障发生。当网络中有故障发生时，基于观测器设计的故障隔离观测器被激活来隔离故障，确定复杂网络中发生故障的类型。最后，通过数值仿真验证方法的准确性。

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